考研851 自动控制原理
题海 · pdf-page · p.307

MATLAB文本:exe548.m

w=0.1:0.1:200;

G=tf(10,conv([0.2,1],conv([0.08,1],[0.04,1])));

bode(G,w);grid

5-49 一系统的开环对数频率特性的实验数据如表5-2所列,试确定系统的开环传递函数。

表5-2 实验数据表

\(\omega\) 0.1 0.2 0.4 1 2 4 10 20 30
\(20\lg\|G\|\)/dB 34 (34) 28 (27.9) 21 (21.8) 13 (13) 5 (4.91) -5 (-5.06) -20 (-20.2) -31 (-32.1) -34 (-39.1)
\(\angle G\) /(°) -93 (-93.5) -97 (-97) -105 (-104) -123 (-123) -145 (-148) -180 (-180) -225 (-232) -285 (-300) -345 (-365)

解 由实验数据可知,在 \(\omega=2\)\(20\lg|G|\) 变化较大,故可按 \(k_i=\dfrac{20\lg|G_{i+1}|-20\lg|G_i|}{\lg\omega_{i+1}-\lg\omega_i}\) 计算斜率值。

① 取 \(\omega_1=0.1,\omega_2=2\),解得 \(k_1=-22.29\text{dB/dec}\)

② 取 \(\omega_2=2,\omega_3=30\),解得 \(k_2=-33.16\text{dB/dec}\)

由此,可知:当 \(0<\omega<2\) 时,斜率近似为 \(-20\text{dB/dec}\);当 \(\omega>2\) 时,斜率近似为 \(-40\text{dB/dec}\)

故系统的传递函数应包含一个积分环节和一个惯性环节。

再考虑到,随着 \(\omega\) 的增大,其相角一直减小,并且在 \(\omega=30\) 时,其相角为 \(-345°\),故传递函数中必包含一个延迟环节,则开环传递函数的形式应为

\[G(s)=\dfrac{Ke^{-\tau s}}{s(0.5s+1)}\]

\(20\lg|G(j0.1)|=34\text{dB}\),即

\[20\lg\dfrac{K}{\omega\sqrt{1+(0.5\omega)^2}}\bigg|_{\omega=0.1}=34\]

解得

\[K\approx 5\]

再由 \(\varphi(4)=-180°\),即

\[\left(-\tau\omega\times\dfrac{180°}{\pi}-90°-\arctan 0.5\omega\right)_{\omega=4}=-180°\]

解得

\[\tau\approx 0.11\]

所以,系统的开环传递函数为

\[G(s)=\dfrac{5e^{-0.11s}}{s(0.5s+1)}\]

MATLAB验证:作 \(G(j\omega)\) 的对数频率特性,如图5-95所示,测得 \(20\lg|G|\)(dB)及 \(\angle G\),标注于表5-2的相应括弧内,用于比较。

MATLAB文本:exe549.m

w=0.05:0.01:50;

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